15 P 30.974

Фосфор

Неметалл Phosphorus твёрдое

[Ne] 3s² 3p³ · 2 · 8 · 5

← Si Кремний S Сера →

Элемент, без которого нет ни ДНК, ни АТФ, ни костей. Белый фосфор светится в темноте и самовоспламеняется на воздухе, красный безопасен и лежит на боковой стороне спичечного коробка — одно вещество в двух совершенно разных обличьях.

3D-модель

Модель Бора: ядро и электронные оболочки по конфигурации. Валентные электроны подсвечены.

Тяните, чтобы вращать; колесо — масштаб

Атомные свойства

Атомный номер: 15
Атомная масса: 30.974 а.е.м.
Электронная конфигурация: [Ne] 3s² 3p³
Электроны по оболочкам: 2 · 8 · 5
Блок: p-блок
Группа: Пниктогены
Период: 3
Электроотрицательность (Полинг): 2.19
Электроотрицательность (Аллен): 2.25
Атомный радиус: 98 pm
Ковалентный радиус: 107 pm
Ван-дер-ваальсов радиус: 180 pm
1-я энергия ионизации: 1 011.8 kJ/mol
2-я энергия ионизации: 1 907 kJ/mol
3-я энергия ионизации: 2 914.1 kJ/mol
4-я энергия ионизации: 4 963.6 kJ/mol
5-я энергия ионизации: 6 273.9 kJ/mol
Сродство к электрону: 72 kJ/mol
Характерные степени окисления: -3, +3, +5
Степени окисления: -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5

Физические свойства

Состояние при 25 °C: твёрдое
Плотность: 1.823 g/cm³
Температура плавления: 317.3 K · 44.2 °C
Температура кипения: 553.7 K · 280.6 °C
Скорость звука: нет данных

Тепловые свойства

Теплота плавления: 0.66 kJ/mol
Теплота испарения: 12.4 kJ/mol
Удельная теплоёмкость: 0.769 J/(g·K)
Теплопроводность: 0.236 W/(m·K)

Механические свойства

Модуль Юнга: нет данных
Модуль сдвига: нет данных
Модуль объёмного сжатия: 11 GPa
Коэффициент Пуассона: нет данных
Твёрдость по Моосу: 0.5
Твёрдость по Бринеллю: нет данных

Электрические и магнитные свойства

Удельное сопротивление: 1·10⁹ nΩ·m
Магнитный тип: диамагнетик
Точка Кюри: нет данных
Точка Нееля: нет данных
Температура сверхпроводимости: нет данных

Кристаллическая структура

Кристаллическая решётка: триклинная
Параметры решётки: a = 1 145 pm · b = 550.3 pm · c = 1 126.1 pm

Распространённость

В земной коре: 1 050 mg/kg
В океане: 0.06 mg/L
Во Вселенной: 7 000 mg/kg
В теле человека: 11 000 mg/kg

Изотопы

Изотоп	Распространённость	Период полураспада	Тип распада
³¹P	100 %	стабилен	—
³²P	—	14.27 сут	β−

Единственный стабильный изотоп — фосфор-31, поэтому ЯМР на ³¹P позволяет наблюдать энергетический обмен в живой ткани прямо в томографе.

Открытие

Год открытия: 1669
Кто открыл: Хенниг Бранд
Где: Германия
Происхождение названия: от греческого «phosphoros» — светоносный: белый фосфор светится в темноте

История

Хенниг Бранд в 1669 году выпаривал мочу в поисках философского камня и получил вещество, светящееся в темноте. Это первый элемент, открытый в исторически задокументированном эксперименте, а не известный с древности.

Где встречается

1050 мг/кг коры, почти весь в виде фосфатов. Промышленное сырьё — апатит и фосфориты; крупнейшие запасы в Марокко и Западной Сахаре.

Как получают

Фосфатную руду перерабатывают в фосфорную кислоту серной кислотой либо восстанавливают в электропечи коксом и кремнезёмом до белого фосфора.

Роль в живой природе

Фосфат — скелет молекулы ДНК и «валюта» энергии в виде АТФ. В костях он связан в гидроксиапатите; на фосфор приходится около 1 % массы тела.

Безопасность

Белый фосфор чрезвычайно токсичен и вызывает тяжёлые долго не заживающие ожоги. В XIX веке рабочие спичечных фабрик страдали фосфорным некрозом челюсти; после этого белый фосфор в спичках запретили.

Применение

Фосфорные удобрения — более 80 % всего добываемого фосфора
Моющие средства, пищевые добавки и кормовые фосфаты
Литий-железо-фосфатные аккумуляторы
Спички, зажигательные и дымовые составы
Легирование полупроводников для получения n-типа

Любопытные факты

Название означает «светоносный»: белый фосфор медленно окисляется на воздухе и слабо светится.
Мировые запасы фосфатной руды конечны, а заменить фосфор в удобрениях нечем — это один из главных ресурсных рисков века.
В спичечном коробке фосфор находится не на спичке, а на тёрке.
Фосфор был единственным элементом, открытие которого его первооткрыватель держал в тайне и продавал как секрет.